Les matériaux pour l'énergie : quels défis pour la chimie théorique ? Le cas des batteries Li-ion

Dans le domaine de l’énergie, la modélisation de dispositifs électrochimiques, comme les piles à combustible, les batteries rechargeables, les cellules photovoltaïques ou encore les photo-batteries, qui allient conversion et stockage de l’énergie, reste un véritable défi pour le théoricien. Face à la très grande diversité des problématiques théoriques liées à chacun de ces dispositifs, le choix est fait ici de restreindre l’étude aux batteries rechargeables (accumulateurs électriques), et en particulier aux dispositifs basés sur la technologie Li-ion.

Ces dispositifs suscitent un très vif intérêt auprès de la communauté scientifique depuis une quinzaine d’années et soulèvent encore bien des questions auxquelles le théoricien doit répondre, soit en levant les verrous méthodologiques, numériques et techniques des méthodes théoriques existantes, soit en développant de nouvelles méthodes.

L’objectif de cet article est donc de mettre en lumière certains des verrous liés au traitement théorique de ces systèmes complexes et de dresser un état des lieux des techniques et méthodologies en cours de développement dans ce domaine pour répondre à l’un des grands défis de notre siècle en matière de stockage (électrochimique) de l’énergie.